Доменный воздухонагреватель

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 971886по делам изобретений н открытий(7) Заявитель йнелролетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургинеский институт(54) ДОМЕННЪЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬтъ та Изобретение относится к черной металлургии, в частности к конструк циям воздухонагревателей доменных печей, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется высокотемпературный нагрев газов.Известны доменные воздухонагреватели с внутренней камерой горения, содержащие камеры горения и насадки, а также разделительную стенку с экраном из жароупорной стали 1 1 1.Недостатком известных конструкций воздухонагревателей является низкая стойкость разделительной стенки камер горения и насадки. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому экономическому эффекту является доменный воздухонагреватель, содержащий камеры горения и насадки, разделительную стенку с изоляционным слоем и защитным стальным листом по всей ширине разделительной стенки 121.Недостатком известной конструкции доменного воздухонагревателяявляется низкая стойкость огнеупоров кладки камеры горения, испытывающих значительные крип и температурные напряжения, уровень которыхвозрастает по мере увеличения температур под куполом. Причиной появления напряжений в кладке являетсяперепад температур между внутреннейи наружной (обращенной к факелу)поверхностями кирпичей, величинакоторых увеличивается при переводевоздухонагревателя из режима нагрева на дутье, Кроме этого,для нагревадутья до более 1050-1100 С необходимодоменный газ обогащать природным или 20коксовым газами или же подогреватьвоздух или доменный газ в специальных теплообменниках. При этом стоимость нагрева дутья увеличивается.3 9718Цель изобретения - повышение стой.кости футеровки и увеличение эффективности нагрева дутья.Цель достигается тем, что по всему наружному периметру металлическойкамеры уложены компенсационные огнеупорные маты. Выходные отверстия вкладке разделительной стенки выполнены под углом 30-60 и оси камерыогорения по направлению к куполу. 30увелицением угла с увелициваетсяинжектирующая способность выходящего воздуха и улучшается тяга,На фиг.1 изображен доменныйвоздухонагреватель, продольный разрез; на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1;на фиг.3 - вид Б на фиг,1(на которомвидны отверстия для выхода подогретсго воздуха в рабочее пространствокамеры горения на фиг.4 - полость,горизонтальный разрез; на фиг.5разрез В-В на фиг,4,Доменный воздухонагреватель состоит из металлического кожуха 1,к внутренней поверхности которогопримыкает огнеупорная кладка 2, Воздухонагреватель содержит камеру насадки 3 и встроенную камеру горенияобъединенные общим куполом 5. Вкамере горения 4 установлены штуцерыгоояцего дутья 6 и горелки 7 1(амерунасадки 3 от камеры горения 4 отделяет многослойная разделительнаястенка 8, состоящая из слоев 9 и 10огнеупорной кладки воздухоохлаждаемыхметаллических листов 11, образующих35полость, по периметру листов уложены компенсационные огнеупорные маты 12 Металлические листы 11, образующие полос -и, установлены от низа камеры горения 4 на высоту, составляющую 10-20 средних диаметров камеры горения. Полость между листами 11 с противоположных ее концов связана с пат рубками подачи сжатого воздуха 13 В верхней частй полости между листами 11 и в слоях 9 и 10 разделительной стенки 8, примыкающей к камере горения 4, выполнены отверстия 14, соединяющие полость между листами 11 с рабочим пространством камеры горения 4, Выходные отверстия 14 выполнены под углом 30-60 к осиокамеры по направлению к куполу,Внутри 15 полости из листов 11 на всю ее толщину установлены ребра-турбулизаторы 15 расположенные в шахматном 86 4порядке с шагом, равным 8-15 толщинполости,Доменный воздухонагреватель работает следующим образом,В период нагрева насадки в горелке 7 производят неполное сжиганиенизкокалорийного топлива, например,доменного газа с коэффициентом расхо.да и = 0,85-0,95. При недожоге газа в нижней части камеры горениявыложенной муллитовыми или муллитокорундовыми агнеупорами, развиваютсятемпературы 1100-1200 С, цто создаетблагоприятные условия для службы этихогнеупоров,Сжатый воздух в количестве 3-5 лот количества дутья, идущего на печьнеобходимом для дожигания газа иобеспечения заданной температурыпод куполом, подается через подводящие воздухопроводы в нижнюю частьпротивоположных концов полости излистов 11. Воздух, проходя снизувверх через полость, нагреваетсядо 400-600, С за счет тепла кладкиразделительной стенки 8. Нагретыйвоздух проходит через выходныеотверстия 14 в листе и разделительной стенке 8 и попадает в рабочеепространство камеры горения 4. Вверхней цасти камеры горения 4 продукты неполного горения доменногогаза дожигаются за счет подогретоговоздуха,При этом развиваются температуры, близкие к заданной под куполом (1400"1450"С). Этот участоккамеры ;орения обычно футеруетсядинасовыми огнеупорами, и при нагрузках на них 0-0,5 кг/см условияих службы будут удовлетворительными,В период охлаждения насадки горячее дутье проходит через камеру насадки 3, верхнюю часть камеры горения 4 и штуцер горячего дутья 6. Вэтот период воздух, нагретый в полости из листов 11, попадает в верхнюю часть камеры горения 4, смешивается с нагретым дутьем и через штуцергорячего дутья 6 покидает воздухонагреватель. В этом слуцае воздух,нагретый в полости из листов 11, выполняет роль смесителя доменногодутья,Защитная полость из листов 11 представлена на фиг.4 и 5. Она состоит из передней 16, задней 17, боковых стен 18, а также верхней и ниж. ней полок 19 и 20, В нижней части9 71886 5камеры выполнены подводы 21 сжатого воздуха. Внутри камеры к задней стенке камеры приварены в шахматном порядке ребра-турбулизаторы 15, не позволяющие камере сплюснуться. Отверстия 14 для выхода воздуха в камеру горения расположены в верхней части полости из листов 11.При работе известной конструкции воздухонагреаателя со встроенной 0 камерой горения наблюдается неудовлетворительная стойкость ее разделительной стенки, Обычно разрушения кладки проявляются в виде деформации кирпицей и потери устойчи вости кладки на отметке 8-12 м выше оси штуцера газовой горелки. Деформа. ция огнеупоров вызвана значительными уровнями температур и нагрузок. Длина факела составляет 8-10 м, а тем о пературы по .высоте камеры горения отличаются от температур под куполом незначительно ( на 50-8001, Поэтому температуры в камере горения составоляют 1400-1450 С в период нагрева 25 и 1350-1250 С в период дутья, Нагрузки на огнеупоры на уровне штуцера гохряцего дутья составляют 4-6 кг/см.Например, для огнеупоров типаИКВпри 1400 и 1450 допусти- эомые нагрузки должны составлять 3 и 0,5 кг/см - соответственно( ГОСТ1-75)Установка в известной конструкции воздухонагревателя только защит 35 ного листа из жароупорной стали и изоляции внутри разделительной стены не снижает существенного уровня температур и нагрузок на кирпичи, а только кратковременно, до разруше 40 ния внутреннего оката камеры горения, предотвращает прорыв газов из камеры горения в насадку ( или наоборот/. При этом использование теплоизоляции в кладке разделительной сте 15 ны приведет к увеличению среднемассовой температуры кирпичей, примыкающих к факелу, цто вследствие повышения крипа ухудшает условия их службы. Установка же внутри разделительной стенки воздухоохлаждаемой полости из жароупорной стали снижает существующий уровень температур, цто приводит к снижению крипа кирпичей. Ы При этом также улучшаютсе условия службы теплоизоляции и металлических листов. 6Необходимость набора принятыхконструктивных параметров разделительной стенки следующая,Высота полости должна составлять0-20 средних диаметров камеры горения. Если принять ее высоту меньше,то в районе кладки из МКВбудутдостигаться температуры 1400-1450,что недопустимо при нагрузках накирпич 2,6-3 кг/см , Если же высота2.полости будет больше, то газ смешиваясь с нагретым воздухом, выходящимиз полости, полностью не сгорит в камере горения, а его дожигание в насадке приведет к оплавлению кирпичей.Толщина полости должна составлять0,01-0,03 среднего диаметра камерыгорения, При толщине полости менее0,01 среднего диаметра камеры горения возможно сплющивание боковыхграней,При толщине полости более0,03 среднего диаметра камеры горения снизится сечение камеры горения,и при этом скорости воздуха в полости ниже 15 м/с, что сделает малоэффективным нагрев воздуха и охлаждение стен,В связи с тем, что металлическийлист имеет значительную высоту и еготемпературы изменяются во времени,при жестком:его закреплении возникнут опасные температурные напряжения.Для их устранения предлагается наметаллических листах установить компенсаторы,При разогреве кладки и в периодциклической работы воздухонагревателя металлицеские листы подвергаются сжатию кладкой, что может привести к уменьшению или исчезновениюполости для прохода воздуха. В связис этим предлагается по всему периметруметаллических листов уложить компенсационные огнеупорные маты, например, типа ИКРВ, которые могут работать при 1100 С ( ГОСТ 2090 1-75 ).Кроме того, внутри полости предлагается установить на всю ширину зазораребра жесткости, расположенные вшахматном порядке, которые будут также турбулизировать поток воздуха,что увеличит теплоотдацу от стенокк нагреваемому воздуху.Чтобы защитить металлические листы полости от прямого излучения кладки камеры горения, а также снизитьпотери давления в ней, выходные отоверстия выполнены под углом 30-60 кпотоку газов в рабочем пространствекамеры горения. При угле выхода нагретого воздуха менее 30 струи вьюходящего воздуха ощутимо тормозят проходящие продукты сгорания. При угле более 60 О существенно ухудшается перемешивание продуктов неполного сгорания и выходящих струй воздуха. Поэтому газ будет догорать в насадке, что приведет к оплавлению кирпичей.За счет применения данного технического решения повышается стойкость кладки камеры горения, а использование нагретого в полости воздуха для дожигания газа в верхней части камеры горения позволит экономить природный или коксовый газ,Внедрение предложенного технического решения применительно к домен- . ной печи с годовой производительностью 1 млн, тчугуна, по сравнению с известной конструкцией повышает стойкость кладки камеры горения на 50-70, а также экономит 1200- 2000 м /ч природного газа.Формула изобретения1. Доменный воздухонагреватель, содержащий камеры горения и насадки, разделительную стенку с изоляционными слоями и защитным стальным листом по всей ширине разделительной стенки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости футеровки и увеличения эффективности нагрева дутья от низа камеры горения на всю ширину разделительной стенки, дополнительно и симметрич. но первому установлен стальной лист с образованием между ними полости, в нижней части которой встроен патрубок подачи сжатого воздуха, при этом в верхней части разделительной стенки и примыкающего к ней стального листа выполнены отверстияопод углом 30-60 н оси камеры горения по направлению к куполу.2. Воздухонагреватель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что высота и ширина полости соответст вен но равны 10-20 и 0,01-0,03 среднего диаметра камеры горения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеИнструкция по футеровке и суш" ке доменных печей и их вспомогательные устройства К., 1978, с.232. Энгель К. и Винцер Ф. Конструкция и результаты работы высокотемпературных воздухонагревателей, Черные металлы, 1975, М 1 "7, с.27-31.+оф фо Филиал ППП Патент, г. Ужгоро